Методы и средства обеспечения безопасности. Показатель надежности технических систем.
Существует три основных метода по обеспечению безопасности: • А — метод разделения гомосферы и ноксосферы в пространстве или во времени.
Этот метод реализуется следующими средствами: — ограждением механизмов, обеспечением недоступности в опасную зону, использованием блокирующих и предохранительных устройств; — герметизацией оборудования и аппаратуры; — тепловой изоляцией нагретых поверхностей или применением средств защиты от лучистого тепла; — переходом к технологиям и оборудованию с замкнутым циклом движения жидких и газообразных веществ; — проведением периодического технического обслуживания и проверкой технического состояния оборудования на соответствие требованиям безопасной эксплуатации; — обеспечением функциональной диагностики состояния оборудования в процессе работы; — использованием дистанционного управления технологическими процессами и оборудованием; — использованием средств автоматизации и станков с программным управлением; — использованием роботов.
• Б — метод, состоящий в нормализации ноксосферы, т. е. путем исключения опасности. Достигается следующими средствами: — использованием экранов, демпферов, поглотителей, фильтров для защиты от шума, пыли, вибрации, излучений, электромагнитных полей и т. д.; — заменой вредных веществ безвредными; — заменой сухих способов транспортировки и обработки пылящих материалов мокрыми; — заменой технологических процессов, связанных с возникновением шума, вибрации и других опасных и вредных факторов, процессами, где эти факторы отсутствуют или имеют несущественную интенсивность; — организацией полного улавливания или очистки технологических выбросов и сбросов. • В — метод, включающий гамму приемов и средств, направленных на адаптацию человека к соответствующей среде и повышению его защищенности.
Это достигается: — закалкой организма, общей физической культурой; — обучением, получением инструктажа на отдельные виды работ; — психологической подготовкой к восприятию опасностей и отработкой практических навыков и норм поведения в экстремальных условиях; — использованием индивидуальных средств защиты, спецодежды, противогазов, инструмента с изолированными ручками, измерительных средств и приборов.
Показатели надежности:
• Среднее время безотказной работы
• Вероятность безотказной работы
• Интенсивность отказа
Показатели ремонтопригодности:
• Вероятность восстановления
• Среднее время восстановления
• Интенсивность восстановления
Человек, как элемент системы «человек-среда». Классификация анализаторов.
Антропометрическая совместимость предполагает учет размеров тела человека, возможности обзора внешнего пространства, положения (позы) оператора в процессе работы. Сложность обеспечения этой овместимости заключается в том, что антропометрические показатели у людей разные. Сиденье, удовлетворяющее человека среднего роста, может оказаться крайне неудобным для человека низкого или очень высокого. «Стоя» (рисунок, а, в) требует больших энергетических затрат и менее устойчива из-за поднятого центра тяжести. Поэтому в этой позе быстрее наступает утомление. Рабочая поза «сидя» (рисунок, б, г) имеет ряд преимуществ: резко уменьшается высота центра тяжести над точкой опоры, благодаря чему возрастает устойчивость тела, значительно сокращаются энергетические затраты организма для поддержания такой позы, вследствие этого она является менее утомительной. Рабочая поза выбрана правильно, если проекция общего центра тяжести лежит в пределах площади опоры. Если в процессе работы действует небольшая группа мышц, то предпочтительнее поза «сидя», при работе большой группы мышц – поза «стоя». Всякая поза, проекция центра тяжести которой выходит за границы площади опоры, будет вызывать значительные мышечные усилия, т.е. статические напряжения (рис. 13, в, г). Длительные статические напряжения мышц могут вызвать быстрое утомление, снижение работоспособности, травматизм и профзаболевания, связанные с искривлением позвоночника, расширением вен и развитием плоскостопия.
Схема биомеханического анализа рабочей позы при устойчивой (а, б) и неустойчивой (в, г) позах; а, в – стоя; б, г – сидя
При проектировании рабочего места необходимо учитывать следующее: если при прямой позe «сидя» мышечную работу принять равной единице, то при прямой позе «стоя» мышечная работа составляет 1,6, при наклонной позе «сидя» – 4, а при наклонной позе «стоя» – 10. Статичная поза утомительнее, чем динамическая.
Наиболее важными моментами, определяющими выбор рабочей позы, являются:
применяемое усилие в процессе работы;
степень подвижности рабочего, обусловленная характером и конкретным содержанием технологического процесса;
величина рабочей зоны и отношение между антропометрическими характеристиками человека и пространственной организацией рабочих мест.
Пространство рабочего места, в котором осуществляются трудовые процессы, может быть разделено на рабочие зоны. Рабочая поза будет наименее утомительна только при условии, если рабочая зона сконструирована правильно.
Правильное конструирование рабочих зон определяется соответствием их с оптимальным полем зрения рабочего и определяется дугами, которые может описать рука, поворачивающаяся в плече или в локте на уровне рабочей поверхности (т.е. должны учитываться динамические антропометрические характеристики), a движением рук управляет мозг человека в соответствии с коррекцией глаз. Поэтому рабочую зону, удобную для действия обеих рук, нужно обязательно совмещать с зоной, удобной для охвата человеческим взором. На рисунке представлены структурные схемы рабочих зон: а – при позе «сидя» в горизонтальной плоскости; б –при позе «стоя» в вертикальной плоскости.
Структурная схема рабочих зон
При производственном процессе каждая зона может быть оценена следующим образом.
Зона 1 является самой благоприятной, поскольку она наиболее применима для точных и мелких сборочных работ, в ней работают обе руки и хорошо осуществляется зрительный контроль. В случае оперативной работы в этой зоне следует разместить органы управления и индикаторы, которыми оператору придется пользоваться наиболее часто, интенсивно и быстро. Зоны 2 и 3 хорошо доступны для одной и мало доступны для другой руки, а зрительный контроль осложнен. В этих зонах удобно размещать инструменты и материалы, которые рабочий часто берет правой (левой) рукой, или органы управления, зрительный контроль за которыми не требуется постоянно. Зона 4 (запасная) – труднодоступная зона. в ней могут быть размещены инструменты и материалы, которые не поместились в зонах 2 и 3. Зона 5 (зона 6) доступна только для правой (левой) руки, и поэтому здесь можно разместить инструменты и материалы, которые употребляются изредка (например, измерительные инструменты), или органы управления, которыми пользуются «не глядя».
В соответствии с рабочими зонами и антропометрическими данными проектируются рабочие места в любом производственном процессе и любые машины и механизмы, обслуживаемые человеком.
В современных условиях весьма актуальной стала проблема резкого роста «компьютерных» профессиональных заболеваний, что, по мнению специалистов, обусловлено прежде всего «плохой эргономикой» рабочих мест.
Биофизическая совместимость подразумевает создание такой окружающей среды, которая обеспечивает приемлемую работоспособность и нормальное физическое состояние человека. Эта задача соответствует и требованиям безопасности. Биофизическая совместимость учитывает требования к микроклимату производственных помещений, виброакустическим характеристикам среды, освещенности, электромагнитным излучениям и другим физическим параметрам.
Энергетическая совместимость предусматривает согласование органов управления машиной с оптимальными возможностями человека в отношении прилагаемых усилий, затрачиваемой мощности, скорости и точности движений, то есть соответствия управляющего воздействия на оборудование биомеханическим возможностям человека.
В процессе управления человек обязательно должен прилагать некоторые усилия, так как отсутствие их (что может быть, например, при кнопочном управлении) дезориентирует человека, лишает его уверенности в правильности своих действий, а излишние усилия приводят к биомеханической перегрузке. Например, для предотвращения дрожания руки и повышения точности движений требуется момент сопротивления рукоятки в пределах З...16,7 Н∙м. Форма и размеры органов управления должны быть согласованы с размерами и биомеханическими особенностями руки оператора. Органы управления могут быть ручными и ножными. Ножные органы управления используют тогда, когда требуются большие усилия и небольшая точность: включение — выключение, грубая регулировка напряжения или тока и т.п. При ручном управлении максимальные усилия прилагаются к рычагам, которые захватываются стоящим оператором на уровне плеча, а сидящим — на уровне локтя (рисунок), поэтому органы управления, которые используются наиболее часто, следует располагать на высоте между локтем и плечом.
Зона размещения органов управления: а – поза «стоя»; б – поза «сидя»
Оптимальные усилия на органы управления:
для рукояток 20...40 Н (100 Н —максимальное);
для кнопок, тумблеров, переключателей легкого типа 1400...1600 мН, тяжелого – 6...12 Н;
для ножных педалей управления от 20...50 (используемых часто) до 300 Н (используемых редко);
для рычажного управления от 20...40 (используемых часто) до 120... 160 Н (используемых редко).
Диапазон скоростей, развиваемых движущимися руками человека, находится в пределах 0,01...8000 см/с. Наиболее часто используются скорости порядка 5...800 см/с. Следует иметь в виду, что движения руки к себе более быстрые, но менее точные, тогда как от себя — более точные, но менее быстрые. Скорость движения в вертикальной плоскости больше, чем в горизонтальной; сверху вниз больше, чем снизу вверх; вперед-назад больше, чем вправо-влево; слева направо для правой руки больше, чем справа налево для левой. Вращательные движения в 1,5 раза быстрее поступательных.
Информационная совместимость имеет особое значение в обеспечении безопасности.
Информационная совместимость предполагает соответствие информационной модели психофизиологическим возможностям человека: учет скорости двигательных (моторных) операций человека и его сенсорных реакций на различные виды раздражителей (световые, звуковые и др.) при выборе скорости работы машины и подачи сигналов.
Для того чтобы обеспечить информационную совместимость, необходимо знать характеристики сенсорных систем организма человека, которые рассмотрены ранее.
Технико-эстетическая совместимость заключается в обеспечении удовлетворенности человека процессом труда, общением с техникой, цветовым климатом. Поэтому для решения многочисленных технологических задач эргономика привлекает художников-конструкторов, дизайнеров.
Физиология труда и гигиена труда являются важными компонентами эргономики.
Физиология труда – это наука, изучающая изменения функционального состояния организма человека под влиянием трудовой деятельности и разрабатывающая физиологически обоснованные нормы (формы) организации трудового процесса, способствующие предупреждению утомления и поддержанию высокого уровня работоспособности.
В основу классификации анализаторов могут быть положены различные признаки: природа действующего раздражителя, характер возникающих ощущений, уровень чувствительности рецепторов, скорость адаптации и многое другое.
Но наиболее существенной является классификация анализаторов, в основе которой лежит их назначение (роль). В связи с этим выделяют несколько видов анализаторов:
Внешние анализаторы воспринимают и анализируют изменения внешней среды. Сюда следует включить зрительный, слуховой, обонятельный, вкусовой, тактильный и температурный анализаторы, возбуждение которых воспринимается субъективно в виде ощущений.
Внутренние (висцеральные) анализаторы, воспринимающие и анализирующие изменения внутренней среды организма, показателей гомеостазиса. Колебания показателей внутренней среды в пределах физиологической нормы у здорового человека обычно не воспринимается субъективно в виде ощущений. Так, мы не можем субъективно определить величину артериального давления, особенно если оно нормальное, состояние сфинктеров и пр. Однако информация, идущая из внутренней среды, играет важную роль в регуляции функций внутренних органов, обеспечивая приспособление организма к различным условиям его жизнедеятельности. Значение этих анализаторов изучается в рамках курса физиологии (приспособительная регуляция деятельности внутренних органов). Но в то же время изменение некоторых констант внутренней среды организма может восприниматься субъективно в виде ощущений (жажда, голод, половое влечение), формирующихся на основе биологических потребностей. Для удовлетворения этих потребностей включаются поведенческие реакции. Например, при возникновении чувства жажды вследствие возбуждения осмо- или волюморецепторов формируется поведение, направленное на поиск и прием воды.
Анализаторы положения тела воспринимают и анализируют изменения положения тела в пространстве и частей тела друг относительно друга. К ним следует отнести вестибулярный и двигательный (кинестетический) анализаторы. Поскольку мы оцениваем положение нашего тела или его частей друг относительно друга, эта импульсация доходит до нашего сознания. Об этом свидетельствует, в частности, опыт Д. Маклоски, который он поставил на самом себе. Первичные афферентные волокна от мышечных рецепторов раздражались пороговыми электрическими стимулами. Увеличение частоты импульсации этих нервных волокон вызывало у испытуемого субъективные ощущения изменения положения соответствующей конечности, хотя ее положение в действительности не изменялось.
Болевой анализатор отдельно следует выделить в связи с его особым значением для организма – он несет информацию о повреждающих действиях. Болевые ощущения могут возникать при раздражении как экстеро-, так и интерорецепторов.